PLC在焦化厂焦炉车辆自动控制系统上的应用实践.pdf

173自动化与控制PLC 在焦化厂焦炉车辆自动控制系统上的应用实践李琳琳（河南金马中东能源有限公司，济源 459000）摘要：在对可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）概述的基础上，分析焦炉 PLC 的构成、推焦车和拦焦车控制系统的功能，将 PLC 应用于推焦车和拦焦车控制系统，有效提高其控制效果。结果证明，PLC 具有操作便捷、可靠性高、抗干扰能力强等特征，能提高系统自动化水平和系统运行效率，推动焦炉车辆自动控制系统向智能化方向发展。关键词：焦炉车辆；定位技术；可编程逻辑控制器（PLC）；自动控制系统Application Practice of PLC in the Automatic Control System of Coke Oven Vehicles in Coking PlantsLI Linlin(Henan Jinma Middle East Energy Co.,Ltd.,Jiyuan 459000)Abstract:Based on an overview of Programmable Logic Controller(PLC),the article analyzes the composition of the coke oven PLC,analyzes the functions of the pushing and blocking coke car control systems,and applies PLC to the pushing and blocking coke car control system,which can effectively improve its control effect.Through research results,it has been proven that PLC has the characteristics of convenient operation,high reliability,and strong anti-interference ability,which can enhance the level of system automation and operational efficiency,and promote the development of coke oven vehicle automatic control systems towards intelligence.Keywords:coke oven vehicles;positioning technology;Programmable Logic Controller(PLC);automatic control system可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）以计算机平台为载体，利用工作芯片和可编程存储器完成各种工作任务，提高了生产效率。PLC 可采用数字化接口实现日常输出操作和输入操作，全面管理焦炉车辆自动控制流程，利用计算机技术的优势提高生产质量和效率，增加相关企业的经济效益。1PLC 概述在电气工程行业中，PLC 受到了各行业人员的高度重视，是目前最先进的可编程控制器。它以微处理器为核心，集中各种先进技术，如自动控制技术、通信工程技术、继电器控制技术、计算机技术等，具有较强的控制效果，能根据需求编写对应的程序实现日常运算作业。它通过在输出模块和输入模块间建立链接方法，可实时控制机械电气设备运行。PLC 主要包括输入/输出（Input/Output，I/O）模块、存储器、中央处理器、电源、外部设备接口、I/O 扩展接口等，具有稳定性高、抗干扰能力强、能耗低等特征。它通过数据扫描模式进行采样，再刷新所得数据，如图1所示。图 1PLC 工作流程2焦炉车辆自动控制系统应用现状随着科学技术的不断发展，现代化管理模式得到了广泛应用，受到了各行业人员的高度重视。从目前冶金炼焦行业应用情况来看，由于其工艺流程较为特殊，生产管理方式滞后，导致其在生产设备、控制模式以及自动化控制管理等方面存在各种问题1。焦炉车辆作为焦化厂的核心环节，主要包括装煤车、拦焦车、推焦车以及熄焦车等设备，是现代焦炉最常用的生产机械。焦炉车辆运行安全决定焦炉的生产效率。但是，由于焦炉车辆长期工作在恶劣环境下，如腐蚀性强、粉尘大、温度高等环境，加上运行时振动大、活动频繁、车辆分散等，影响系统的控制效果，导致不同车辆间不能实时传递信息数据，是现代焦化企业加工中急需解决的问题。目前，很多焦化厂在焦炉车辆对位方面最常用载波通信联系，甚至使用人工吹笛摆旗方法，但是司机在载波通信通话中经常受电气影响，无法听清问题，也不能准确反映焦炉车辆实际情况2。在冬季，熄焦水蒸气散发难度较高，造成拦焦车、熄焦车现 代 制 造 技 术 与 装 备1742023 年第 7 期总第 320 期长期在水雾中行驶，很难看清清炉号，难免会产生各种错误操作，严重影响对位的准确性，导致推焦杆经常出现刮碰壁炉现象，缩短了焦炉使用寿命，甚至会引发严重的生产安全事故。3推焦车、拦焦车控制系统功能3.1基本控制功能焦炉移动机械的检测元件基本采用限位开关和行程开关，而液压系统采用的电磁阀由于受高温和粉尘的条件限制，未安装位置信号反馈功能，很难准确判断输出信号的运行情况，要通过各种设计和计算在软件编程中进行判断，如重做、跳步、测时等。焦炉车辆无人驾驶技术是目前的先进技术，对车辆性能提出了更高要求，不仅要求车辆具备精确定位设备，还要其安装无线传输保障、单元自动控制、信息管理系统以及四车连锁等设备，全面保障焦炉车辆运行的安全性。这是整个无人驾驶的基础，解决传统控制中存在的问题，通过流程指令控制车辆进行日常操作3。在信息化时代背景下，我国通常采用 PLC、限位开关、编码器、主令控制器等设备进行控制。但是，由于焦炉车辆运行环境过于恶劣，人机界面（Human Machine Interface，HMI）禁止采用普通计算机。它使用高稳定性集成工业级触摸屏，程序由 8 个程序块组成，层次清晰，结构简单，便于调试和维护，如图 2 所示。4532187691011121.远程控制端；2.主站服务器；3.PLC 控制器；4.数据储存器；5.单片机处理器；6.有机身侧位烟道阀门；7.焦烟侧位烟道阀门；8.PLC 子站；9 数据采集器；10.通信卡口；11.流量计；12.煤气主管阀门。图 2焦炉控制系统推焦车、拦焦车电控系统均选用美国 MODICON公司的 984-680 PLC，采用 800 系列模块、智能 I/O模块、S908 远程 I/O 驱动器、J890 远程 I/O 接口处理器以及打印机等设备。推焦车控制环节配置有 4 个 I/O机架和 31 个 I/O 模块。拦焦车控制部分由 1 个本地站和 1 个远程站构成，各配置有 2 个 I/O 机架和 17 个 I/O模块、11 个 I/O 模块。供电系统设计采用隔离变压器和不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）4。拦焦车配有 16 个车轮，位于 8 个两轮平衡架上。每个平衡架上设有一个主动车轮。主动车轮直接由可变电压和可变频率（Variable Voltage and Variable Frequency，VVVF）控制的电机驱动，驱动装置由联轴器和具有内部花键螺旋正齿伞齿减速机组成。前端减速机的空心花键轴套装在主动车轮轴上。盘式制动器用于断电或停止情况下自动锁紧。弹簧缓冲走行小车保证装煤车走行平稳，以保护炉顶。在装煤车走行两端均设有可靠的轨道清扫器。在两个车架间有顶起点，便于更换走行台车。千斤顶设备不包括在供货范围内。自动对位用的走行编码器安装在无驱动的从动轮组上，使对位准确可靠5。拦焦车走行减速机油窗放油口设置在走行外侧，便于现场人员观察、维护。车轮数量 16 个，车轮直径 1 000 mm，2 个电机带有1 个增量编码器 815 kW、1 500 r min-1电机。减速机之间有 8 个制动盘的联轴器。内部花键螺旋正伞齿轮减速机、盘式制动器通过杯式弹簧制动，液压松开走行轴承选用 NSK、FAG。按照作业性质进行单元划分。单元之间相互独立，可以实现多单元同时运行，通过高稳定性联锁进行控制。（1）通过单独操作按钮，将每个操作单元划分为若干个控制步骤，由人工操作实现控制步骤。（2）功能重做。在单位自动方式操作时，代表某一动作完成开关。由于某种原因，可能会出现不能按照规定行程或时间进行动作的情况。根据自动重做申请后的人工确认，自动执行重做功能。如果重做流程成功，可继续执行后续程序；相反，自动触发故障报警，自动判断哪些开关属于不可恢复故障。（3）跳步作用。操作过程中，使用跳步的方式跳过此程序，继续向下执行。虽然在规定的行程内有些控制动作未能完成，但对整体功能实现影响不大。（4）时间校验作用。要根据时间原则判断动作指令的完整情况，根据设备运行速度和移动距离计算时间设定值的合理性。在发布动作指令后，如果系统能在规定时间内完成，表示该时间设定值正常，否则说明设备故障。时间校验功能由于控制因素在同一控制175自动化与控制过程中发生变化，分为单时和双时两种。（5）减速测试。当推焦杆运行到前进或后退一端时，对于推焦杆和焦炉炉体安全性来说，减速环节能否投入正确至关重要。在程序设计上，有 0 9 种长短行程可以任意组合，只要开关位置事先选好即可，如图 3 所示。图 3PLC 控制界面3.2监控功能3.2.1监控设备作用程序中使用“STAT”功能，能检测中央处理器（Central Processing Unit，CPU）运行状态、内存保护状态、后备电池工作状态、交流电源状态等，从而掌握各种设备运行状态信息。程序允许在这些设备正常状态下实现立即报警、切断控制回路以及打印数据等各种功能。3.2.2联锁查验自动检测最初条件、单元自动运行条件以及单步运行条件等，能确保其在多台机组同步运行情况下的稳定性，避免出现严重的设备事故6。3.2.3状态显示和报警功能钢结构是承载和支撑装煤车所有设施的移动平台。钢结构的布置和设计在满足相关法规要求的前提下，应尽可能布置紧凑，缩小装煤车的整车外形尺寸。钢结构的设计和制造需保证其有足够的强度和刚度，不但可以承载其上所有设备的荷重，而且可以保证进行取煤、走行等操作时外力作用的变形在规定范围之内，同时保证其整体使用寿命为一代炉龄。钢结构与焦炉上的煤气管、煤塔柱子、上升管、集气管操作台及集尘干管等固定设施间须有规范要求的安全间距。生产过程中可通过灯光显示故障类别，主要包括正常、重故障、轻故障等灯光状态。工作人员会根据故障类型采取相应的控制措施。3.2.4过程数据检出和打印功能向运维人员提供正确操作信息和维护数据，有利于保证系统运行的稳定性。当工作人员在日常操作中出现重做、超时、跳步以及联锁欠费等问题时，要全面检测故障部位的各种信息，利用内部总线传输到智能 I/O 模块，经数据处理后合理调整系统数据，保证系统运行的稳定性。3.3运行效果该系统在武钢 7#、8#焦炉一次试车成功，充分发挥了软件设计的各种功能，仅投产 2 个月就实现了综合设计指标推焦间隔 10 min，达到了同型号国产焦炉的新水平。相比国内采用继电器控制的 6 m 焦炉设计具有显著优势。第一，推焦车每灶台动作时间为405 s，提高了 10%的作业效率。第二，自动化操作，实现了门清、框清、灶台清和头尾焦自动化处理，有效减轻了职工劳动强度。第三，系统可靠性高。自投产以来一直正常运行，月平均电气故障比 4.3 m 焦炉平均水平高，双方总比为 1 10，有效降低了其故障率。4结语为推动焦化厂经济发展，提高焦炉车辆自动控制系统的稳定性，需要加强焦炉车辆自动控制系统控制效率，合理应用 PLC，提高焦化厂焦炉车辆自动化水平，为焦炉车辆智能化发展打下坚实的基础。参考文献1 洪雨.基于北斗定位技术在焦炉车辆无人值守的应用研究 J.中国设备工程，2021（15）：18-20.2 王荣.大型 6.8m 捣固焦炉装备中先进技术及创新技术的应用 J.能源与节能，2021（9）：111-113.3 马永林.焦化厂 6 米焦炉增加机侧除尘及车辆环保改造的应用 J.中国机械，2020（5）：132-133.4 阳棂序，王永树，邹骏，等.焦炉装煤烟尘、焦侧炉头出焦烟尘两用型除尘装置研究 J.广西节能，2022（4）：48-50.5 中冶焦耐（大连）工程技术有限公司.一种用于焦炉 操 作 台 的 可 升 降 安 全 防 护 栏 杆 及 其 工 作 方 法：202011207021.2P.2021-01-12.6 山西晋扬科技发展有限公司.宽温大量程高精度焦炉地下室用一氧化碳检测报警系统：202122673003.XP.2022-04-05.